Pumpenlösung unter Druck

Kreiselpumpe zum Fördern von flüssigem Schwefeldioxid

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03.09.2019 Druckverflüssigtes Schwefeldioxid (SO2) kommt in der chemischen Industrie häufig zum Einsatz. Beim Fördern des Gefahrstoffs aus angelieferten Fässern ist neben hohen sicherheitstechnischen Anforderungen eine spezielle Pumpenlösung gefragt.

Entscheider-Facts

  • Ein Betreiber musste seine Versorgung mit Schwefeldioxid von einer Ringleitung auf angelieferte Fässer mit verflüssigtem Rohstoff umstellen. Neben den nötigen Sicherheitsvorkehrungen stellt die Lösung auch hohe Ansprüche an die genutzte Pumpe.
  • Trotz begrenzter Einsatzdauer von wenigen Monaten im Jahr muss das Fördern des Gefahrstoffs bei jedem Einsatz absolut zuverlässig verlaufen.
  • In der vorgestellten Lösung fördert eine Kreiselpumpe das druckverflüssigte Gas sicher mit 0,5 m3/h auf eine Höhe von 28 m.

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Das Anwendungsspektrum der Kreiselpumpenbaureihe V-AN erstreckt sich von der Förderung toxischer Abwässer über gefährliche oder ausgasende Flüssigkeiten bis hin zu feststoffhaltigen, schlammigen, kristallisierenden oder korrosiven Medien. Bilder: Bungartz

Die Sanofi-Aventis Deutschland benötigt SO2 im Industriepark Höchst für die Produktion des Schmerzmittels und Fiebersenkers Metamizol. Die bisherige Versorgung per Ringleitung entfiel jedoch, nachdem diese für den Zulieferer unwirtschaftlich geworden war. Als Alternative bot der Lieferant die Bereitstellung des Gases in verflüssigter Form an, angeliefert in Transportcontainern.

Der Umgang mit dem giftigen und stechend riechenden Stoff ist risikobehaftet: Bei Kontakt mit dem gefährlichen Flüssiggas können Verätzungen der Atemwege, der Haut oder der Augen – je nach Konzentration des Stoffes – auftreten. Deshalb sind umfangreiche Schutzvorkehrungen beim Einsatz zu beachten. Intern muss sich neben dem Anlagen- und Planungsbereich auch die Abteilung Sicherheitstechnik den Herausforderungen dieser besonderen Situation stellen, denn die Rahmenbedingungen bergen weitere Schwierigkeiten: Als Gefahrgut muss das SO2 außerhalb des Gebäudes, in dem es zum Einsatz kommt, gelagert werden. Die Vorgaben für eine spezielle Belüftung und Sensoren, die Luft und Feuchtigkeit im Raum messen und bei Gefahr Alarm geben, sind zu berücksichtigen. Zur Neutralisierung der Abluft ist für den Ernstfall ein Notwäscher mit Natronlauge einzuplanen. Die vorgeschriebene Überwachung hierfür ist in einem separaten Fertigcontainer vor dem Produktionsgebäude platziert.

Extreme Ansprüche an die Pumpenlösung

Die Produktion, bisher im ersten Stock des Gebäudes untergebracht, muss an diesem Standort bleiben. Bevor das Gefahrgut am Boden angeliefert werden kann, musste daher das Problem geklärt sein, wie das Gefahrgut in den ersten Stock befördert werden kann. Markus Zellhorn, der als Plant Engineer seit mehr als zehn Jahren bei Sanofi verantwortlich ist, erläutert die Situation: „Das Medium SO2 muss unter Druck fast 30 Meter hochgepumpt werden, um in den Behälter und an den Ort zu gelangen, an dem es im Produktionsprozess zum Einsatz kommt.“

Auch die weiteren Gegebenheiten stellen extreme Ansprüche an eine Pumpenlösung: Um die Pumpe zu betätigen, muss ein genügend hoher Druck aufgebracht werden, weil das an der Siedegrenze liegende Produkt nur in kleinen Mengen jeweils in vier Druckgasfässern mit ca. 2 m Länge und je 1.100 kg Fassungsvermögen angeliefert wird. Der Zulaufstutzen der Fässer liegt zudem mittig. Um hohe Energiekosten zu vermeiden, ist ein möglichst geringer Überlagerungsdruck wünschenswert. Aus sicherheitstechnischen Aspekten ist eine restlose Entleerung der Fässer notwendig.

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Bei Sanofi Aventis fördert die Kreiselpumpe zuverlässig flüssiges SO2 in Intervallen, obwohl sie pro Jahr nur wenige Monate im Einsatz ist.

Die schwierigste Aufgabenstellung für den Pumpenlieferanten schließlich entsteht durch die Förderung in großen Zeitintervallen: Der Fördervorgang wird nur für eine Kampagne pro Jahr benötigt. „Alles in allem suchten wir nach einem für die Situation absolut zuverlässigen Pumpeneinsatz und einer Pumpe, die für die Produktion des pharmazeutischen Wirkstoffs nur wenige Monate am Stück in Betrieb ist“, so Marcus Zellhorn.

Eine Ausschreibung unter diesen erschwerten Bedingungen erbrachte als Lösung die vertikale Kreiselpumpe VKG-AN des Herstellers Bungartz. Bei einer Temperatur von 20 °C und einem Siededruck von 3,4 bar (abs) bei einer Förderhöhe von 28 m und einer Fördermenge von 0,5 m3/h startet sie wie geplant ohne Schwierigkeiten oder unplanmäßige Unterbrechungen. Seit 2016 fördert sie zuverlässig das flüssige SO2 in Intervallen – und das, obwohl sie pro Jahr nur wenige Monate im Einsatz ist. „Zur Sicherheit wurde die Pumpe redundant ausgelegt, und Ersatzteile wurden bevorratet. Aber die Pumpe bewältigt unsere gestellten Anforderungen exakt zum benötigten Zeitpunkt bestens. Und das ohne den Einsatz der Ersatzpumpe oder von Ersatzteilen. Ganz ohne Risiko werden die Fässer sicher und restlos entleert“, erklärt Anlageningenieur Zellhorn.

Diese Eigenschaften beschränken sich nicht auf diesen speziellen Einsatz der vertikalen Kreiselpumpe. Die Baureihe weist deutliche Unterschiede zu anderen Chemiepumpen auf: Zum einen „wurde diesen Pumpen das Saugen abgewöhnt“, wie Frank Bungartz, Geschäftsführer des Pumpenlieferanten, sagt. Diese Pumpen saugen nicht, denn sie funktionieren nach dem Selbstregelprinzip: Ein Druckausgleich zwischen Pumpenlaufrad und Vorlagegefäß sorgt dafür, dass die Pumpe zulaufabhängig fördert. So passt sie sich eigenständig regelnd an zuströmende Fördermengen an.

Selbstentlüftend und kavitationsfrei

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Das Gefahrgut muss außerhalb des Gebäudes, in dem es benötigt wird, gelagert und zum Einsatzzeitpunkt in den ersten Stock gefördert werden.

Über eine Druckausgleichsleitung entlüftet die Pumpe selbsttätig. Sie reduziert beispielsweise automatisch die Zulaufmenge, wenn der zu entladende Behälter beinah leer ist. Gleichzeitig wird eine Druckabsenkung am Laufrad vermieden, damit ist der NPSH-Wert der Pumpe nahe null. Alle Pumpentypen der Baureihe arbeiten kavitationsfrei bis zum Siedepunkt. Auch Flüssiggase können so unproblematisch geleert werden. Fließt nichts mehr hinein, hält die Pumpe bei Nullförderung die statische Höhe der Anlage. Alle Pumpen der Baureihe können beliebig lange bei Fördermenge Null betrieben werden und sind daher trockenlaufsicher. Diese wesentlichen Unterschiede zu konventionellen Pumpen ermöglichen konstruktive Anpassungen an unterschiedliche Förderproblematiken und Medienbeschaffenheiten. Alle Pumpen der Baureihe arbeiten zudem eigensicher. Dadurch kann eine zusätzliche Überwachung meistens entfallen.

Je nach Anforderung können verschiedene Ausführungen eingesetzt werden. Eine hydrodynamische Abdichtung mit nachgeschalteter Stoffbuchse (oder gasgesperrter Lippendichtung / Doppelgleitringdichtung) kommt bei der VK-AN zum Zuge. Die mit doppelter Gleitringdichtung ausgestatteten Pumpen VKA-AN und VKA-AN sind technisch dicht (nach TA-Luft TÜV geprüft) und für Feststoffe geeignet. Während die VKA-AN (das K steht für die Kurzbauart) mit Sperrgas versorgt wird, nutzt die hier eingesetzte VKG-Variante eine Sperrflüssigkeit.
Das Anwendungsspektrum der Pumpenbaureihe erstreckt sich von der Förderung toxischer Abwässer über gefährliche oder ausgasende Flüssigkeiten bis hin zu feststoffhaltigen, schlammigen, kristallisierenden oder korrosiven Medien. Ihre Vorteile sind überzeugend: anwendungssicher, wartungsarm und kostensparend durch hohe Betriebszuverlässigkeit, großzügige Wartungsintervalle und lange Standzeiten. Weder eine externe Überwachung durch Mess-, Steuer- und Regelungstechnik und damit verbundene Störungen oder Ausfälle noch hohe Kosten für Investitionen durch entscheidende Konstruktionsvorteile.

Heftausgabe: September/2019

Über den Autor

Annette van Dorp, A. v. D. Kommunikation
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